CN203957356U - 一种3d打印机自动调平装置和3d打印机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种3D打印机自动调平装置和3D打印机，3D打印机自动调平装置包括：喷头、打印平台、主控电路板；喷头通过第一导线电连接主控电路板的第一端口，打印平台通过第二导线电连接主控电路板的第二端口；当喷头与打印平台接触时，喷头和打印平台通过第一导线和第二导线导通至主控电路板。本实用新型提供的3D打印机自动调平装置和3D打印机，减少了一个探针和一个限位开关，没有增加或仅需增加少量的零件，同市场目前已有的3D打印机自动调平结构相比，可靠性高、成本低、简单易行，将复杂的问题变简单，而且对打印空间和打印速度没有负面影响。

Description

一种3D打印机自动调平装置和3D打印机

技术领域

本实用新型涉及3D打印技术领域，具体涉及一种3D打印机自动调平装置和3D打印机。

背景技术

3D打印又称为增材制造，是一系列工艺的统称。其原理简要概述即是通过层层叠加，逐层将数字化的三维模型文件转变为三维实物。目前主要的增材制造工艺包括：3DP技术、选择性激光烧结（SLS）、立体光刻（SLA）、熔融沉积成型（FDM）等。FDM熔融沉积成型技术的原理是将热敏材料熔融成液态，通过由计算机控制的挤出喷头将其沉积在设计好的一层截面路径上，经快速冷却迅速成型。当一层截面成型完成后，喷头沿Z轴移动事先设置好的相应层厚到下一层截面位置再打印下一截面，经层层沉积直至整个3D实体成型。

保持打印平台的水平对3D打印至关重要，特别对于以层层累积为特征的FDM熔融沉积成型技术的3D打印工艺来讲，打印平台的平整度直接决定第一层的成败，也就决定了整个打印的成败。目前市场上主流的打印平台调平是通过肉眼观察、手动调整旋钮来实现。图1为现有技术一的3D打印机调平装置的结构示意图，如图1所示，现有技术一的具体做法是将3D打印机喷头1移动到打印平台2的四角，通过逐一调整四角到一个固定不动的限位开关6（或称行程开关）的距离，使其保持一致，来实现打印平台2的水平。通过调整旋钮7来调节打印平台2到限位开关6的距离相等来保持打印平台2的水平，限位开关6的结构如图3所示。限位开关6和打印平台间通过探针61接触。在实际操作中，由于等距需要靠“主观+手动”来实现，无法量化，失误率极高、可重复性极低。而且由于调平点之间不可避免的相互影响，这种逐一调节的方法很难实现平台的真正水平。直接结果就是打印喷头和打印平台之间的距离非常容易不合适：或者过远，使材料不能理想的粘附在打印平台上；或者过近，使得打印喷头堵塞，造成出料困难，严重的甚至使打印喷头和打印平台产生剧烈摩擦，造成毁坏性后果。

图2为现有技术二的3D打印机调平装置的结构示意图，如图2所示，针对现有技术一的这种情况，在欧美发达国家的一些先进厂家开发了Z轴自动补偿调平的技术，现有技术二的具体做法是在喷头1的热端11旁增加一个自动摆臂8，并将原来固定的限位开关6安装在自动摆臂8上。调平时，通过电机控制自动摆臂8运动，将限位开关6移至与打印平台2垂直的位置（如图2实线所示）；随后喷头1和限位开关6被移动至边缘角落，逐渐升高打印平台2直至触发限位开关6，这时打印平台2的上升被自动终止，喷头1的位置信息（x,y,z）被软件记录，记录结束后，电机再将自动摆臂8收回到与打印平台2平行的位置（如图2虚线所示），使其不影响接下来的打印。通过这种方式记录打印平台2边缘三点的坐标，进而能得到打印平台2所在平面的方程（ax+bx+cx+E=0），因此可以计算出打印平台2上任意一点相对于喷头1的位置，这样在程序输出Z轴位置时，可以直接包含上述位置信息，实现Z轴自动补偿。这种方式实现了自动调平，量化了喷头和平台间的距离；但是从另外一方面看，其缺点也很明显，缺点包括：

一、增加了一个电机，增加了成本，同时也增加了产品的复杂程度，可靠性随之降低；

二、喷头体积变大，牺牲了本来就很宝贵的打印空间；

三、喷头重量增加，使得机器的打印速度变慢。

综上所述，目前3D打印的打印平台面临手动难以调平，自动调平又有成本高、降低机器性能，增加制造成本的难题。

实用新型内容

本实用新型提供一种3D打印机自动调平装置和3D打印机，用于在不增加成本和牺牲打印机性能的前提下，解决3D打印平台自动调平的问题。

本实用新型提供一种3D打印机自动调平装置，包括：喷头、打印平台、主控电路板；

喷头通过第一导线电连接主控电路板的第一端口，打印平台通过第二导线电连接主控电路板的第二端口；当喷头与打印平台接触时，喷头和打印平台通过第一导线和第二导线导通至主控电路板。

进一步，喷头的热端的材料包括：铜和/或铝；

喷头的热端通过第二导线电连接主控电路板的第二端口。

进一步，打印平台为导电材料或者打印平台的上表面设有导电层。

进一步，导电层包括导电胶带。优选地，导电胶带为环形且布置于打印平台的边缘位置。

进一步，打印平台的导电材料为金属。

进一步，当喷头和打印平台通过第一导线和第二导线导通至主控电路板时，主控电路板发送信号至微处理器，微处理器控制喷头停止运动并且记录喷头的坐标位置。

进一步，喷头的坐标位置至少为三个且位于打印平台的不同位置。

进一步，喷头的位置坐标为打印平台的调平点。

本实用新型还提供一种3D打印机，包括：本实用新型的3D打印机自动调平装置。

本实用新型提供的3D打印机自动调平装置和3D打印机，利用了两根导线来代替Z轴限位开关，简单、实用、可靠、经济实惠、可操作性强。不仅可以应用于新设备，已有的手动调平3D打印机通过改造也能实现自动调平，改造的硬件成本几乎为零，适用性非常的广。此实用新型减少了一个探针和一个限位开关，没有增加或仅需增加少量的零件，例如导电胶带，同市场目前已有的3D打印机自动调平结构相比，可靠性高、成本低、简单易行，将复杂的问题变简单，而且对打印空间和打印速度没有负面影响。

附图说明

图1为现有技术一的3D打印机调平装置的结构示意图；

图2为现有技术二的3D打印机调平装置的结构示意图；

图3为现有技术的限位开关的结构示意图；

图4为本实用新型实施例一的3D打印机自动调平装置的结构示意图；

图5为本实用新型实施例一的喷头与第一导线连接的结构示意图；

图6为本实用新型实施例一的打印平台与第二导线连接的结构示意图。

具体实施方式

为充分了解本实用新型之目的、特征及功效，借由下述具体的实施方式，对本实用新型做详细说明,但本实用新型并不仅仅限于此。

图4为本实用新型实施例一的3D打印机自动调平装置的结构示意图，图5为本实用新型实施例一的喷头与第一导线连接的结构示意图，图6为本实用新型实施例一的打印平台与第二导线连接的结构示意图，如图4、5和6所示，本实施例的3D打印机自动调平装置包括：喷头1、打印平台2和主控电路板3。

喷头1通过第一导线4电连接主控电路板3的第一端口，打印平台2通过第二导线5电连接主控电路板3的第二端口；当喷头1与打印平台2接触时，喷头1和打印平台2通过第一导线4和第二导线5导通至主控电路板3。其中，喷头1的材料为金属，打印平台2为导电材料或者打印平台2的上表面设有导电层21。在打印平台2为导电材料的情况下，导电材料可以采用金属，即打印平台2为金属材料；在打印平台采用亚克力板之类的绝缘材料的情况下，打印平台2的上表面设有导电层21，导电层21为贴附在打印平台2上表面的导电薄膜，例如导电胶带。当喷头1与打印平台2接触时，由于喷头1、打印平台2均可以导电，因此，喷头1、打印平台2、第一导线4、第二导线5与主控电路板3形成闭环电路，进而导通。

当喷头1和打印平台2通过第一导线4和第二导线5导通至主控电路板3时，主控电路板3发送信号至微处理器，微处理器控制喷头1停止运动并且记录喷头1的坐标位置。其中，喷头1的坐标位置为打印平台2的调平点，记录打印平台2在至少三个不同位置的调平点，就可以通过解方程ax+by+cz+E=0得到打印平台2所在平面的坐标方程，将坐标方程存储至微处理器的存储器中。当使用3D打印机开始3D打印时，喷头1将自动根据打印平台2所在平面的坐标做出调整，自动调平打印平台2。

在本实用新型中，主控电路板3和微处理器的处理过程并不涉及复杂计算，可由简单的分立模拟或数字电路等硬件电路实现，例如，基于有限状态机的数字电路等。

如图5所示，优选地，第二导线电连接在喷头1的热端11和主控电路板3的第一端口之间，热端11的材料包括：铜和/或铝。如图6所示，优选地，导电层21为贴附在打印平台2外周上表面的环形导电胶带，且打印平台2的调平点在打印平台2上的投影落入导电层21内，这样可以节约导电胶带的材料，而且调平点位于打印平台2的外周，能够提高打印平台的调平精度。优选地，导电胶带为铝箔胶带。

本实施例的3D打印机自动调平装置采用两根导线分别连接喷头和打印平台的复位点，用来取代3D打印机原有的限位开关，其主要利用了限位开关的原理，当喷头与打印平台接触时，两导线处于连通状态，将连通信号传送给主控电路板，主控电路板发送信号至微处理器，微处理器收到信号后停止电机的运行，记录喷头的坐标位置。由于喷头热端材质为铜/铝，是电的良导体，打印平台可以通过贴膜、埋线等手段将预定调平点设置为导电体，或者平台本身也可能就是导电金属。当喷头和平台两者分离时，为断路；当喷头和平台两者接触，自然与主控电路板连成通路。换言之，由喷头和打印平台上引出的两根导线取代限位开关，用于探测喷头和平台是否接触。

本实用新型实施例二还提供一种3D打印机，包括：本实用新型实施例一的3D打印机自动调平装置。

3D打印机包括主控电路板，主控电路板设有连接限位开关的两个接入插口，第一导线连接在3D打印机的喷头热端和第一针头之间，第二导线连接在3D打印机的打印平台上表面边缘位置和第二针头之间，连接方式不区分正负电极，第一针头和第二针头的尺寸与接入插口的尺寸相配合。在打印平台不导电的情况下，打印平台上表面边缘位置粘贴有导电胶带，导电胶带所在位置作为打印平台的调平点。3D打印机工作时，第一针头插入一个接入插口并且第二针头插入另一个接入插口，通过喷头的热端、打印平台、第一导线、第二导线连接至主控电路板上原来限位开关的两个接入插口，以代替原来的限位开关。设置打印平台所在平面的Z轴补偿值，运行调平程序，得到打印平台所在平面的至少三个不同调平点的坐标，解方程ax+by+cz+E=0，进而得到打印平台所在平面的坐标方程，存储坐标方程至微处理器的存储器中。3D打印机开始3D打印时，通过Z轴调平喷头将自动根据打印平台所在平面的坐标做出调整，自动调平打印平台。

最后，需要注意的是：以上列举的仅是本实用新型的具体实施例子，当然本领域的技术人员可以对本实用新型进行改动和变型，倘若这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，均应认为是本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种3D打印机自动调平装置，其特征在于，包括：喷头、打印平台、主控电路板；

所述喷头通过第一导线电连接所述主控电路板的第一端口，所述打印平台通过第二导线电连接所述主控电路板的第二端口；当所述喷头与所述打印平台接触时，所述喷头和所述打印平台通过所述第一导线和所述第二导线导通至所述主控电路板。

2.根据权利要求1所述的3D打印机自动调平装置，其特征在于，所述喷头的热端的材料包括：铜和/或铝；

所述喷头的热端通过所述第二导线电连接所述主控电路板的第二端口。

3.根据权利要求1所述的3D打印机自动调平装置，其特征在于，所述打印平台为导电材料或者所述打印平台的上表面设有导电层。

4.根据权利要求3所述的3D打印机自动调平装置，其特征在于，所述导电层包括导电胶带。

5.根据权利要求4所述的3D打印机自动调平装置，其特征在于，所述导电胶带为环形且布置于所述打印平台的边缘位置。

6.根据权利要求3所述的3D打印机自动调平装置，其特征在于，所述打印平台的导电材料为金属。

7.根据权利要求1-6任一项所述的3D打印机自动调平装置，其特征在于，当所述喷头和所述打印平台通过所述第一导线和所述第二导线导通至所述主控电路板时，所述主控电路板发送信号至微处理器，所述微处理器控制所述喷头停止运动并且记录所述喷头的坐标位置。

8.根据权利要求7所述的3D打印机自动调平装置，其特征在于，所述喷头的坐标位置至少为三个且位于所述打印平台的不同位置。

9.根据权利要求8所述的3D打印机自动调平装置，其特征在于，所述喷头的位置坐标为所述打印平台的调平点。

10.一种3D打印机，其特征在于，包括：权利要求1-9任一项所述的3D打印机自动调平装置。